질소가 200atm, 250K로 채워져 있는 10L 기체저장탱크에 5L… | [화공기사 필기] 22년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 22년 2회차

질소가 200atm, 250K로 채워져 있는 10L 기체저장탱크에 5L 진공용기를 두 탱크의 압력이 같아질 때까지 연결하였을 때, 기체저장탱크(T_1f)와 진공용기(T_2f)의 온도(K)는? (단, 질소는 이상기체이고, 탱크 밖으로 질소 또는 열의 손실을 완전히 무시할 수 있다고 가정하며, 질소의 정압열용량은 7 cal/mol·K 이다.)

T_1f = 222.8, T_2f = 330.6

T_1f = 222.8, T_2f = 133.3

T_1f = 133.3, T_2f = 330.6

T_1f = 133.3, T_2f = 222.8

해설

잔류 질소는 등엔트로피 팽창으로 냉각되어 약 222.8K, 진공용기로 유입된 질소는 유동일을 받아 승온되어 약 330.6K가 된다.
두 탱크의 최종 압력은 전체 내부에너지 보존( $n_{1i}T_{1i} = \dfrac{P_f (V_1+V_2)}{R}$ )으로부터  $P_f \approx 133.3\ \mathrm{atm}$ 으로 구해진다.
탱크에 남은 기체는 등엔트로피 관계  $T_{1f} = T_{1i}\left(\dfrac{P_f}{P_{1i}}\right)^{R/C_p} = 250 \times (0.667)^{0.284} \approx 222.8\ \mathrm{K}$ 로 냉각된다.
남은 질소량을 전체 몰수에서 빼면 진공용기로 들어간 양이 나오고, 이상기체법칙으로  $T_{2f} = \dfrac{P_f V_2}{R\,n_{2f}} \approx 330.6\ \mathrm{K}$ 가 계산된다.

내용에 오류가 있거나 최신 법령·기준과 다른 부분이 보이면 알려주세요. 확인 후 반영하겠습니다.

💬 자격증 스터디 커뮤니티헷갈리는 문제, 같이 준비하는 사람들에게 물어보세요

→